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超级奥氏体不锈钢的成分与机械性能

日期: 2018-07-13
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   1 化学成分与金相组织

  一些主要高合金奥氏体不锈钢的主要化学成分在表1中给出。其中AL-6X和254 SMO为典型的6钼超级奥氏体不锈钢,而654 SMO为典型的7钼超级奥氏体不锈钢。

  超级奥氏体不锈钢的基本金相组织为典型的,百分之百的奥氏体。但由于铬和钼的含量均较高,很有可能会出现些金属中间相,如σ相。这些金属中间相常常会出现在板材的中心部位。但是如果热处理正确,就会避免这些金属中间相的生成,从而得到近百分之百的奥氏体。254 SMO 的金相组织没有任何其它金属中间相。该组织是经在1150~12000C温度下热处理之后得到的。

  在使用过程中,如果出现了少量的金属中间相,它们也不会对机械性能和表面的耐腐蚀性能有很大的影响。但是要尽量避免温度范围600~10000C,尤其是在焊接和热加工时。

  2 机械性能

  奥氏体结构一般具有中等的强度和较高的可锻性。在加入一定量的氮之后,除提高了防腐能力外,在保持奥氏体不锈钢可锻性和韧性的同时,高氮超级奥氏体不锈钢还具有很高的机械强度。其屈服强度比普通奥氏体不锈钢要高出50~100%。在室温和较高温度下氮对机械性能的影响分别在表1和表2有所显示。


表1 +20℃温度下高合金奥氏体不锈钢的机械性能 

合金

钢种牌号

氮含量

屈服强度

抗拉强度

延伸率

ASTM

EN

GB

%

Rp0.2MPa

RmMPa

As%

316L

316L

1.4404


0.06

220

520

45

904L

NO8904

1.4539

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

0.06

220

520

35

317LMN

317LMN

1.4439


0.15

270

580

40

254SMO

S31254

1.4547

00Cr20Ni18Mo6CuN

0.20

300

650

40

654SMO

S32654

1.4652


0.50

430

750

40

表2 高温下高合金奥氏体不锈钢的屈服强度(Rp0.2MPa) 

合金

ASTM

EN*

GB

氮含量%

100

200

400

316L

316L

1.4404


0.06

166

137

108

904L

N08904

1.4539

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

0.06

225

175

125

317LMN

317LMN

1.4439


0.15

225

185

150

254SMO

S31254

1.4547

00Cr20Ni18Mo6CuN

0.20

230

190

160

654SMO

S32654

1.4652


0.50

350

315

295

如表1和表2所示,在所有温度下机械强度均随氮含量的增加而提高。尽管强度增加了许多,但超级奥氏体不锈钢的延伸率仍然很高。甚至高于许多低合金钢的延伸率。这主要是由于其较高的含氮量和与之相关的另一个特点——高加工硬化率。因此经冷加工成型的部件就可获得很高的强度。可利用这一特性的用途包括较深井中的管道及螺栓等。和普通奥氏体不锈钢一样,超级奥氏体不锈钢的低温性能也是很好的。超级奥氏体不锈钢的抗撞击及抗断裂能力是很高的,并且只有在低达-196℃时才会略有下降。


如表1和表2所示,在所有温度下机械强度均随氮含量的增加而提高。尽管强度增加了许多,但超级奥氏体不锈钢的延伸率仍然很高。甚至高于许多低合金钢的延伸率。这主要是由于其较高的含氮量和与之相关的另一个特点——高加工硬化率。因此经冷加工成型的部件就可获得很高的强度。可利用这一特性的用途包括较深井中的管道及螺栓等。和普通奥氏体不锈钢一样,超级奥氏体不锈钢的低温性能也是很好的。超级奥氏体不锈钢的抗撞击及抗断裂能力是很高的,并且只有在低达-196℃时才会略有下降。

  3 物理性能

  物理性能主要取决于奥氏体结构,同时也部分地取决于材料的化学成分。就是说超级奥氏体不锈钢较普通奥氏体不锈钢,如304或316型,在物理性能方面是没有很大区别的。表3列出不同合金的一些典型物理性能值。


表3 一些不锈钢与一种镍基合金的物理性能 

合金

钢种牌号

密度

弹性模量
KN/mm2

热膨胀系数×10-6/℃

导热系数W/m℃

ASTM

EN*

GB

kg/dm3

20

400

20

400

20

400

2205

S31803

1.4462


7.8

200

172

13.0

14.5

15

20

304

304

1.4301


7.9

200

172

16.0

17.5

15

20

254SMO

S31254

1.4547

00Cr20Ni18Mo6CuN

8.0

195

166

16.5

18.0

14

18

合金625

N10276

2.4856


8.4

200

180

12.0

13.5

10

16


   含6钼超级奥氏体不锈钢的热膨胀度比双相不锈钢2205要大,因此焊接时在结合部位上可能会出现一些变形。虽然镍基合金的热膨胀度一般较低,但其较差的导热性正好将其这一优点抵消。这些物理性能在设计用不锈钢制作部件或不锈钢与其它合金连接时,具有很重要的意义。

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